计算机网络知识回顾

计算机网络知识回顾内蒙古大学计算机学院孙涛2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU2目录第1章计算机网络概述第2章数据通信技术第3章简单的网络第4章数据交换技术第5章网络互连技术第6章端到端的协议第7章网络安全第8章网络应用2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU3第一章计算机网络概述1.1基本概念1.2网络体系结构与协议2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU4第一章计算机网络概述1.1基本概念1.1.1计算机网络的历史与发展1.1.2计算机网络的定义1.1.3计算机网络的分类1.1.4计算机网络的硬件组成1.1.5计算机网络的性能评价2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU51.1.2计算机网络的定义计算机网络是一个结合了计算机技术和通信技术的、由若干台具有独立自主功能的、通过各种通信手段互联的、以便进行信息交换、资源共享和协同工作的计算机组成的复合系统。2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU61.1.3计算机网络的分类按网络的地理分布范围划分按网络拓扑结构划分2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU7网络的地理分布范围分类局域网(LocalAreaNetwork,LAN)广域网(WideAreaNetwork,WAN)互连网2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU8按网络拓扑结构划分总线型环型星型混合型树型（星型级联）网状（星型+环型）2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU9总线型2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU10环型2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU11星型2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU121.1.4计算机网络的硬件组成网络的硬件是由计算机网络接口卡传输介质远程访问设备网络互连设备组成2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU13中继器(repeater)是一种信号放大器，用于延长网络电缆的长度，扩大网络的分布范围。网桥是一种网络互连设备，用于扩大网络的分布范围和分散网络的负荷，提高计算机和通信的效率。交换机是一种网络互连设备，提高网络性能。比较复杂的网络互连设备是路由器。2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU141.1.5计算机网络性能评价评价网络性能指标的标准主要有二个：带宽和延迟。带宽：在一段特定的时间内网络所能传送的比特数。延迟：一个比特从网络的一端传到另一端花费的时间。延迟=传播延迟+发送延迟+排队延迟传输量大则带宽重要；传输量小则延迟重要。2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU15要保证网络使用效率，则考虑延迟和带宽的乘积。延迟和带宽的乘积的重要性在于：该乘积相当于第1比特到达接收者之前，发送者必须发送的比特数。如果发送者所发送的比特数比这个数小，那么就造成了带宽浪费；如果大了，就造成拥塞甚至丢包。构造高性能网络时应考虑此数。（管道满载）2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU161.2网络体系结构与协议1.2.1分层的网络模型1.2.2通信协议1.2.3OSI参考模型1.2.4Internet体系结构2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU17A1A21A22A31A32接口接口接口接口计算机AB1B21B22B31B32接口接口接口接口计算机B实际物理通道图例：逻辑通道服务接口1.2.1分层的网络模型对等层2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU181.2.2通信协议协议是对等层实体间，为了支持它们之间的通信而事先规定的规则。如：A主机和B主机的网络层都使用IP协议，则可以实现IP寻址；A主机和B主机的传输层都使用TCP协议，则可以实现丢包的重传和重排序等功能。2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU192020/2/26CollegeofComputerScience,IMU20PDU的组成：协议栈：虚通信物理媒体实际通信N+1层N层N-1层N+1层N层N-1层虚通信n层协议计算机A计算机B控制部分数据部分nPDU控制nPDU数据N-1PDU控制N-1PDU数据2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU211.2.3OSI参考模型终端主机网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层终端主机网络中的一个或多个结点终端主机2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU22每层数据单元的名称LayerPDUs7-Application------------|6-PresentationData5-Session------------|4-TransportSegments3-NetworkPackets2-DataLinkFrames1-PhysicalBits1.2.4因特网体系结构ApplicationTransportNetworkAccessInternet2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU24ApplicationTransportNetworkAccessInternetTCP/IPOSIApplicationPresentationSessionTransportNetworkDataLinkPhysicalTCP/IP与OSI的比较2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU25物理层网络接口层数据链路层网络层网络层传输层传输层会话层表示层应用层应用层FTPHTTPSMTPTFTPTCPUDPIPEthernetFDDIX.25ISDN协议图参考模型Port端口号IP地址Mac地址如何理解图中三个关键层中的三个量假如你要到白宫去找布什，那么先步行到学校门口，再乘出租车到机场，再乘飞机到北京，再乘飞机到华盛顿，再乘出租车到白宫，再从白宫里的所有人中找出布什。以上过程中，白宫为IP地址，布什为Port端口号，每一步目标为Mac地址。在网络传输中，Mac地址是用于每一步通信的，IP地址是用于路由的，Port端口号是用于同一地址的多个应用程序解多路复用的。2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU26网络的学习：由易到难点对点nodenode多路访问……nodenodenodenode直连链路2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU27switchhosthosthosthosthosthostswitchswitch交换网2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU28Router/SwitchRouter/SwitchRouter/Switch网络的互连2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU29•2.1传输介质•2.2数字通信•2.3数据编码•2.4成帧•2.5差错检测的基本方法•2.6可靠传输第2章数据通信技术（直连网）2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU30介质分类：有线介质：将信号约束在一个物理导体内如双绞线、同轴电缆、光纤等无线介质：不能将信号约束在一个物理导体内如无线电、短波、微波、卫星、光波2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU312.3数据编码为了将比特从一个结点传输到另一个结点，需要把二进制数据编码为链路所能传送的信号，然后在物理链路上传播，在接收结点将信号解码成相应的二进制数据。2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU32将数值1映射为高信号，数值0映射为低信号。缺点：1)连续“0”和连续“1”问题2)发送方和接收方的时钟不能精确同步比特0010111101000010NRZ(1)、不归零(Non-ReturntoZero,NRZ)编码2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU33接收方保持一个它所收到的信号平均值，即基线，然后用这个平均值区分高、低电平信号基线漂移，即太多连续的1或0使这个平均值发生改变，使得对收到的信号判定出错。时钟漂移：接收方实际上是根据信号从1到0或从0到1的电平跳变，来自己进行同步校正的，若长时间没有从1到0或从0到1的跳变，时钟就不能进行同步校正，导致时钟漂移。2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU34比特0010111101000010NRZI(2)、不归零反转(Non-ReturntoZeroInverted，NRZI)编码发送方从当前信号产生一个跳变，则编码为一个1，保持当前信号，则编码为一个0。特点：解决了连续1的问题，但未解决连续0的问题。2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU35•曼彻斯特编码将0作为一个由低到高的跳变，1作为一个由高到低的跳变。因为0和1都导致信号的跳变，所以接收方时钟能被有效地恢复。比特0010111101000010时钟Manchester(3)、曼彻斯特编码（Manchesterencoding）2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU362.4成帧如何确定帧的边界？2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU37SYN（synchronization）(同步)字符，一帧开始发送STX（正文开始符）ETX（正文结束符）SOH（头部开始符）字段与STX字段的目的是一样的。CRC（cyclicredundancycheck，循环冗余校验）2.4.2、面向字符协议的成帧1．字符填充方法CRCETXBodySTXHeaderSOHSYNSYN88888162020/2/26CollegeofComputerScience,IMU38帧的数据部分中可能有与控制字符相同的字符，这时可以对该字符之前加上DLE作以区分。可以有：ETX-〉DLEETXDLE-〉DLEDLE这样，正文中可以发送任何数据，即对上层数据没有任何限制。因为在这种方法中，对帧的数据部分插入了额外的字符，所以称为字符填充方法。2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU392．字节计数方法包含在一个帧中的字节数放在帧头部的一个字段中。实例：DECNET网的DDCMP协议采用这种方法。CRCBodyHeaderCountClassSYNSYN888144216图2.12DDCMP帧格式缺点：若Count出错，可能会产生累计多个错误。2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU402.5差错检测的基本方法（1）二维奇偶校验（Two-dimensionalParity）（2）校验和（Checksum），如一些因特网协议（3）循环冗余校验（CyclicRedundancyCheck，CRC）。2.6可靠传输2.6.1停止等待协议2.6.3滑动窗口协议2020/2/26CollegeofComputerScience,IMU42编码成帧校验等技术解决了数据传输的基本技术问题。但是，怎样保证网页信息的完整和准确？2020/2/26Collegeo